19 Фізико-хімічні властивості нуклеїнових кислот

Реакційноздатність

Усі полінуклеотиди, ДНК зокрема, є сильними багатоосновними кислотами з

низьким значенням рК. Кислотність ДНК обумовлена вторинними фосфатними

групами, що при рН > 4 повністю іонізовані.

Завдяки кислотним властивостям і наявності на своїй поверхні негативних

зарядів молекули ДНК при фізіологічних значеннях рН активно реагують і

утворюють комплекси з катіонами:

– поліамінами (спермідином, сперміном);

– основними білками (гістонами, протамінами);

– катіонами металів (Са2+, Mg2+, Fe2+).

В’язкість та оптична активність

Висока молекулярна маса і велика довжина молекул ДНК зумовлюють високу

в’язкість навіть дуже розбавлених їх розчинів. В’язкість молекул ДНК у розчині

залежить від їх конформації і суттєво змінюється за умов денатурації та рена-

турації (див. нижче), що дозволяє використовувати віскозиметричні методи для

дослідження кінетики цих процесів.

Поглинання в УФ-ділянці

Азотисті сполуки (та відповідні нуклеотиди), що входять до складу нуклеїнових кислот

ДНК і РНК, мають властивість поглинати ультрафіолетове світло при 260 нм.

За умов утворення полінуклеотидів взаємний вплив паралельно розташованих по

довжині молекули ДНК пар азотистих основ супроводжується певним зниженням

УФ-поглинання. Таким чином, поглинання при 260 нм нативної молекули ДНК дещо

нижче (в середньому на 40 %) від відповідного поглинання суми азотистих основ, що

входять до складу полінуклеотиду — гіпохромний ефект. При порушенні

високовпорядкованої двоспіральної конформації ДНК та структурних взаємовідносин

між азотистими основами спостерігається гіперхромний ефект, тобто зростання

поглинання розчинів молекул ДНК при 260 нм, що дозволяє досліджувати процес

денатурації.

Денатурація ДНК — це порушення нативної двоспіральної конформації молекул

ДНК та їх упорядкованого просторового розташування з утворенням невпорядкованих одноланцюгових клубків. За умов денатурації ковалентні зв’язки в ДНК зберігаються, проте відбувається розкручування подвійної спіралі з втратою специфічних взаємодій між азотистими основами. Ренатурація — відновлення нативної вторинної конформації ДНК, що спостерігається за певних умов. Денатурація ДНК супроводжується гіперхромним ефектом та зменшенням в’язкості її розчинів

20 Ферменти — специфічні білки, в основі каталітичної дії

яких лежать загальні фізико-хімічні та термодинамічні за-

кономірності хімічної кінетики. Білкову природу ферментів

беззаперечно довів Дж.Самнер (1926), який отримав перші

кристалічні препарати ферменту уреази.

Властивості ферментів

– ферменти значно підвищують швидкість перебігу біохі-

мічних реакцій, але не входять до складу кінцевих продуктів

реакції;

– ферменти забезпечують перебіг лише тих біохімічних

реакцій, які можливі, виходячи із законів термодинаміки;

– ферменти прискорюють швидкість як прямої, так і зво-

ротної реакції перетворення субстрату, не змінюючи конс-

танти рівноваги (Кр) реакції та зменшуючи термін часу до

досягнення стану рівноваги (або стаціонарного стану у від-

критій метаболічній системі);

– протягом реакції фермент певним чином взаємодіє із

субстратом, що перетворюється, але до складу кінцевих

продуктів реакції не входить. Під час перебігу біохімічної

реакції, що каталізується, відбувається циклічний процес, в перетворенню з утворенням продукту реакції та регене-

рацією ферменту;

– ферменти є високоспецифічними каталізаторами,

тобто діють, як правило, на структурно близькі субстра-

ти, що мають певний хімічний зв’язок, структурно подібні

радикали або функціональні групи. Проявом високої

специфічності ферментів є їх стереоспецифічність,

тобто здатність перетворювати тільки певні стереоізо-

мери, наприклад L- або D-амінокислоти, D- або L-мо-

носахариди;

– відповідно до білкової природи, каталітична активність ферментів дуже

чутлива до змін фізико-хімічних властивостей середовища (рН, температури),

які можуть впливати на структурну організацію молекул ферментів, спричиняючи

в певних умовах їх денатурацію;

– активність ферментів може суттєво змінюватися під впливом певних хімічних

сполук, що збільшують (активатори) або зменшують (інгібітори) швидкість

реакції, яка каталізується.